南海北部主要盆地泥底辟/泥火山发育演化与油气及天然气水合物成矿成藏

【摘要】：泥底辟/泥火山及其伴生构造发育演化过程与油气等流体矿产的运聚成藏存在密切成因联系,其不仅是揭示地球深部构造运动的窗口和地球深部流体活动特点的表征,亦是指示油气及其它矿产资源存在与分布的重要标志和有效信息,而且亦控制和制约了沉积盆地中与油气等流体矿产相关的其它固体矿产资源的分布与聚集,故具有非常重要的油气地质意义。本文通过深入分析研究南海北部大陆边缘主要盆地(莺歌海盆地、琼东南盆地南部深水区、珠江口盆地南部深水区、台西南盆地海域及陆域)泥底辟/泥火山发育演化特征及其与油气及天然气水合物的成矿成藏关系,获得了以下主要成果与认识:(1)通过大量地质地球物理资料及钻井资料的深入分析研究,判识和确定了南海北部主要盆地和坳陷中泥底辟/泥火山的发育展布特征,且从空间上阐明了泥底辟/泥火山及其伴生构造形成演化特点与分布规律。研究表明,南海北部泥底辟及泥火山主要集中分布在4个区域,即莺歌海盆地东南部中央泥底辟带、琼东南盆地南部深水区、珠江口盆地南部深水区(珠二坳陷白云凹陷及东沙西南部)、台西南盆地南部坳陷深水区(海域及陆上部分)。前3个区域泥底辟及热流体上侵活动强烈,泥底辟及气烟囱等地震畸形反射现象普遍,而泥火山相对较少;第4个区域即台西南盆地南部坳陷深水区,泥火山/泥底辟异常发育且分布普遍。总体上,泥底辟/泥火山形成演化及区域展布,均主要集中在盆地沉降沉积中心附近及构造转换带周缘或断层裂隙发育区及地层薄弱带。(2)根据南海北部主要盆地不同类型泥底辟/泥火山的地质地球物理及地球化学特征,深入分析研究了泥底辟/泥火山形成演化特征及其控制影响因素。南海北部泥底辟/泥火山或气烟囱及含气陷阱等,在二维地震反射剖面与速度谱上均存在明显的低速异常,或导致地震反射波组中断。往往具有不连续、杂乱模糊反射、弱振幅或空白反射及同相轴下拉(速度下拉)等异常反射现象和畸形地震反射特点。其中,泥底辟/泥火山本质上属于饱含流体泥页岩发生塑性流动及强烈底辟刺穿和上拱侵入的结果,故往往会导致地层产状发生明显改变,地震剖面上显示非常清楚;气烟囱及含气陷阱本质上均属含气所致,但其含气及气侵强烈程度差异明显,故一般不会改变地层产状。因此气烟囱在地震剖面上基本为模糊空白反射,而含气陷阱则为同相轴下拉的模糊反射。泥底辟/泥火山形成演化及其展布与控制影响因素,主要取决于其内因与外因的相互作用,两者缺一不可。研究区特定区域快速沉积充填的巨厚欠压实泥页岩之泥源层的塑性流动及底辟上侵是形成泥底辟/泥火山的物质基础即内因;而构造转换带和断层裂隙活动带及地层薄弱带则是泥底辟/泥火山形成演化及其展布的基本构造地质条件即外因。(3)泥底辟/泥火山成因机制相同、发育演化特征相似,控制影响因素亦相同。泥底辟/泥火山形成的基本条件,可总结为其是由深部密度较小快速沉积充填的高塑性巨厚欠压实泥页岩,在密度倒置的沉积动力学体系下,发生重力差异作用促使泥源物质塑性流动而强烈上侵挤入和底辟上拱,进而导致上覆围岩褶皱隆起或刺穿上覆地层破裂薄弱带而形成。南海北部大陆边缘主要盆地,新近纪晚期以来一些特定区域存在快速沉降沉积的地质背景,新近纪海相坳陷期沉积巨厚的欠压实异常高压泥页岩(底辟泥源层)非常发育,在某些地层薄弱带及断层裂隙发育区则可形成众多的泥底辟/泥火山。同时,泥底辟/泥火山发育区热流值和地温梯度高,泥源层有机质热演化生烃和粘土矿物演化脱水形成的高温超压潜能,不仅能促进油气等流体大规模纵向运聚,而且还控制影响了泥底辟/泥火山及其伴生构造形成与展布规模及分布特点。(4)根据南海北部主要盆地泥底辟发育区油气勘探所获油气地球化学数据和台西南盆地南部陆上泥火山发育区采集的泥火山伴生气、温泉气及地火气天然气样品的地球化学分析结果,综合判识确定研究区泥底辟/泥火山伴生天然气主要以烃类气为主,伴有少量n2、co2等非烃气,但部分区域局部区块及层段co2等非烃气较富集。依据天然气碳同位素及稀有气体氦氩同位素分析,泥底辟/泥火山伴生天然气中烃类气主要为成熟—高熟热解气,并伴生少量的生物成因天然气。其成因类型属成熟—高熟偏腐殖型混合气,烃气源主要来自巨厚海相坳陷沉积的泥页岩;泥底辟/泥火山伴生的co2非烃气,则主要属壳源型成因类型,亦有少量壳幔混合型,气源亦来自海相坳陷沉积的巨厚泥页岩(泥源层)与泥底辟/泥火山的高温热流之物理化学综合作用。(5)泥底辟/泥火山形成及发育演化的石油地质意义乃在于以下几点即:其一,泥底辟/泥火山是南海北部大陆边缘主要盆地颇具特色的地震地质异常体,其形成演化过程及发育展布特点,均与油气运聚成藏及分布规律等,具有密切的成因联系和时空耦合关系;其二,形成泥底辟/泥火山的物质基础即巨厚塑性泥源层物质本身就是烃源岩,具有较大的生烃潜力,构成了非常好泥底辟生烃灶;其三,泥底辟/泥火山发育演化及强烈的上侵活动形成的众多底辟伴生构造圈闭及其所构成的泥底辟/泥火山隆起构造带,处在泥底辟生烃灶位置及其附近,是油气运聚成藏的最佳聚集场所和有利富集区;其四,底辟活动造成围岩及上覆地层上拱褶皱变形,在形成一系列伴生构造的同时,亦为油气藏之砂岩储层发育及储集物性改善等创造了较好的构造地质环境和条件。其五,泥底辟/泥火山发育演化及强烈的热流体上侵活动所产生的高温高压潜能,不仅促进了烃源岩有机质快速成熟生烃,而且亦为深部油气大规模向浅层纵向运聚提供强大的驱动力,进而促使油气及其它流体源源不断地从深部向浅层具备储盖组合及圈闭的有利聚集场所运移而富集成藏;其六,泥底辟/泥火山发育演化及上侵活动形成了非常好的油气纵向运聚的高速通道,构建了深部油气源与浅层构造圈闭及非构造圈闭等聚集场所之间的“桥梁及通道”,为深部油气大规模向浅层圈闭运聚成藏等提供了高效运聚成藏的有利条件及捷径。(6)根据南海北部主要盆地油气地质条件和油气勘探及天然气水合物勘查成果,结合地质地球物理分析解释,深入分析研究了琼东南盆地南部深水区、珠江口盆地白云凹陷及台西南盆地深水区天然气水合物分布特征、气源供给方式及其成矿成藏的主控因素。依据含油气系统理论“从烃源到圈闭聚集成藏”的“源—汇—聚”的基本原则,首先重点分析研究了目前勘探获取的天然气水合物成因类型及其气源供给输导系统与供烃方式,在此基础上,结合不同区域具体的油气地质条件和地震地质分析解释成果,深入剖析和刻画了其气源供给输导系统类型及其展布特点,总结和建立了该区天然气水合物成矿成藏主要运聚富集模式,分析阐明了天然气水合物成矿成藏的分布规律与主要控制影响因素。南海北部边缘主要盆地深水区天然气水合物勘查,虽然目前仅勘探发现生物气源供给原地扩散型自生自储天然气水合物成因类型及其成矿成藏模式,但根据南海北部深水区泥底辟/泥火山发育演化及上侵活动特点和断层裂隙等运聚通道系统的发育展布特征以及伴生的油气苗和气烟囱显示等信息,可以综合判识确定该区尚存在深部热解气供给断层裂隙输导下生上储“渗漏型”天然气水合物成因类型及其成矿成藏模式、热解气供给泥底辟/泥火山及气烟囱输导“渗漏型”天然气水合物成因类型及其成矿成藏模式。天然气水合物成矿成藏的主控因素亦与常规油气藏一样,乃在于其必须具有充足的气源供给与一定规模的高压低温稳定带(圈闭富集场所)的较好时空耦合配置。(7)根据泥底辟/泥火山发育演化特征与伴生油气的运聚富集规律,分析阐明了南海北部主要盆地泥底辟/泥火山伴生油气藏及天然气水合物矿藏的资源潜力及勘探前景。基于本次研究及研究区近十多年的油气勘探及水合物勘查成果,选择和确定了以下几个重要的油气及天然气水合物勘探领域及区域,作为今后取得新突破和开拓新领域的优先方向:1)莺歌海盆地中央泥底辟带中深层三亚-梅山组大型泥底辟伴生构造天然气勘探领域;2)琼东南盆地南部深水区,尤其是中央峡谷水道下部大型泥底辟活动带及气烟囱发育区,是勘探大型深水油气田及“渗漏型”高饱和度天然气水合物的有利勘探靶区;3)珠江口盆地白云凹陷深水区疑似泥底辟及气烟囱发育区,是勘探寻找深水油气与深水海底浅层天然气叠置富集的有利勘探靶区,有望获得突破;4)珠江口盆地东沙深水区天然气水合物勘查已获重大突破,其局部区域与泥底辟/泥火山发育展布存在成因联系的区带是进一步勘探的战略选区;5)台西南盆地南部深水区海底大型泥底辟/泥火山发育区是深水油气及天然气水合物勘探的有利靶区,其陆上泥火山伴生气资源亦具勘探开发价值,虽然存在诸多因素困扰,但仍然值得重视与关注。 【关键词】：泥底辟/泥火山发育演化 伴生油气及水合物资源 运聚成藏模式类型 勘探前景分析 南海北部
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 引言17-43
• 第一节 选题背景及意义17-21
• 第二节 国内外研究现状与进展21-40
• 一、泥底辟/泥火山概念及其特征21-25
• 二、泥底辟/泥火山地质学研究25-28
• 三、泥底辟/泥火山地球化学研究28-29
• 四、泥底辟/泥火山地球物理学研究29-32
• 五、泥底辟/泥火山成因类型判识划分研究32-36
• 六、泥底辟/泥火山与伴生油气运聚成藏关系研究36-39
• 七、前人工作存在的问题39-40
• 第三节 研究内容、技术路线与创新点40-43
• 一、主要研究内容40
• 二、研究方案与技术路线40-42
• 三、研究创新之处42
• 四、完成的主要研究工作量42-43
• 第二章 区域地质背景及油气地质特征43-60
• 第一节 南海北部大陆边缘盆地大地构造背景43-49
• 一、幕式构造演化与多幕构造活动43-45
• 二、“断-坳”双层结构特征45-46
• 三、第三系巨厚沉积物具高温超压特点46-49
• 第二节 泥底辟/泥火山展布盆地油气地质特征49-60
• 一、莺歌海盆地构造沉积演化特点及油气地质特征50-52
• 二、琼东南盆地构造沉积演化特点及油气地质特征52-55
• 三、珠江口盆地构造沉积演化特点及油气地质特征55-57
• 四、台西南盆地构造沉积演化特点及油气地质特征57-60
• 第三章 全球及南海北部泥底辟/泥火山分布特征60-70
• 第一节 全球泥底辟/泥火山分布特征60-62
• 第二节 南海北部泥底辟/泥火山分布特征62-70
• 一、莺歌海盆地泥底辟展布特征63-64
• 二、琼东南盆地疑似泥底辟分布特点64-66
• 三、珠江口盆地疑似泥底辟/气烟囱及泥火山分布特征66-67
• 四、台西南盆地泥火山/泥底辟分布67-70
• 第四章 南海北部泥底辟/泥火山发育演化特征70-98
• 第一节 泥火山地质地貌特征70-77
• 第二节 泥底辟/泥火山地球物理特征77-80
• 第三节 南海北部泥底辟/泥火山发育演化特征80-98
• 一、莺歌海盆地泥底辟发育演化特征80-87
• 二、琼东南盆地疑似泥底辟发育演化特征87-90
• 三、珠江口盆地疑似泥底辟/气烟囱及泥火山发育演化特征90-95
• 四、台西南盆地泥底辟/泥火山发育演化特征95-98
• 第五章 南海北部泥底辟/泥火山动力演化机制及成因98-112
• 第一节 泥底辟/泥火山形成条件与机制98-100
• 第二节 南海北部泥底辟/泥火山形成演化机制100-112
• 一、莺歌海盆地泥底辟形成机制100-104
• 二、琼东南盆地疑似泥底辟形成机制104-107
• 三、珠江口盆地疑似泥底辟及气烟囱形成机制107-109
• 四、台西南盆地泥底辟/泥火山形成机制109-112
• 第六章 南海北部泥底辟/泥火山伴生天然气地球化学特征及成因112-128
• 第一节 莺歌海盆地泥底辟伴生天然气地球化学特征113-117
• 一、莺歌海盆地中央泥底辟带天然气气体组分特征113-115
• 二、莺歌海盆地泥底辟区天然气碳同位素特征115-116
• 三、莺歌海盆地泥底辟区天然气成因类型和气源116-117
• 第二节 琼东南盆地疑似泥底辟区天然气地球化学特征117-120
• 一、琼东南盆地疑似泥底辟区天然气气体组分特征118-119
• 二、琼东南盆地疑似泥底辟区天然气碳同位素特征119-120
• 三、琼东南盆地疑似泥底辟区天然气成因类型和气源120
• 第三节 珠江口盆地珠二坳陷疑似泥底辟区天然气地球化学特征120-123
• 一、珠二坳陷疑似泥底辟区天然气气体组分特征120-122
• 二、珠二坳陷疑似泥底辟区天然气碳同位素特征122
• 三、珠二坳陷疑似泥底辟区天然气成因类型和气源122-123
• 第四节 台西南盆地泥火山区伴生天然气地球化学特征123-128
• 一、台西南盆地泥火山区天然气气体组分特征123-125
• 二、台西南盆地泥火山区天然气碳同位素特征125-126
• 三、台西南盆地泥火山区天然气成因类型和气源126-128
• 第七章 泥底辟/泥火山伴生油气运聚规律及成藏主控因素128-144
• 第一节 莺歌海盆地天然气运聚成藏规律及主控因素128-132
• 一、泥底辟区圈闭展布与天然气分布规律128-129
• 二、泥底辟伴生气藏运聚通道系统特点129-130
• 三、泥底辟伴生气藏运聚成藏系统特点及其主控因素130-132
• 第二节 琼东南盆地天然气运聚成藏规律及主控因素132-136
• 一、疑似泥底辟区圈闭展布与天然气分布特征132-133
• 二、疑似泥底辟伴生气藏运聚通道系统特点133-135
• 三、疑似泥底辟伴生气藏运聚成藏系统特点及其主控因素135-136
• 第三节 珠江口盆地白云凹陷天然气运聚成藏规律及主控因素136-140
• 一、疑似泥底辟区圈闭展布与天然气分布规律137
• 二、疑似泥底辟伴生气藏运聚通道系统特点137-139
• 三、疑似泥底辟伴生气藏运聚成藏系统特点及其主控因素139-140
• 第四节 台西南盆地天然气运聚成藏规律及主控因素140-144
• 一、泥底辟区圈闭展布与天然气分布规律140-141
• 二、泥底辟伴生气藏运聚通道系统特点141-142
• 三、泥底辟伴生气藏运聚成藏系统特点及其主控因素142-144
• 第八章 泥底辟/泥火山伴生油气成因成藏机制及动力学模式144-176
• 第一节 泥底辟/泥火山发育演化与油气运聚成藏关系144-159
• 一、泥底辟活动区典型油气藏解剖144-157
• 二、泥底辟/泥火山与油气运聚成藏关系157-159
• 第二节 泥底辟/泥火山与天然气水合物成矿成藏关系159-176
• 一、珠江口盆地泥底辟/气烟囱与天然气水合物成矿成藏162-166
• 二、琼东南盆地疑似泥底辟/气烟囱与天然气水合物成矿成藏166-172
• 三、台西南盆地泥底辟/泥火山与天然气水合物成矿成藏172-176
• 第九章 南海北部泥底辟/泥火山伴生油气资源潜力及勘探前景176-181
• 第一节 莺歌海盆地中央泥底辟带中深层勘探领域及资源潜力176-177
• 第二节 琼东南盆地深水泥底辟区勘探领域及资源潜力177-178
• 第三节 珠江口盆地白云凹陷泥底辟区勘探领域及资源潜力178-179
• 第四节 台西南盆地泥底辟/泥火山发育区勘探领域及资源潜力179-181
• 结论与认识181-184
• 参考文献184-200
• 作者简介及在学期间发表学术论文与研究成果200

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